Как работает кипящий реактор???

Обогреваемый ядерной энергией котел кипящего реактора, заменяющий топочный котел обычной электростанции, также служит для испарения воды. Образующий пар под давлением около 70 бар (~70 атмосфер) приводит в движение турбину, которая в свою очередь, передает энергию генераттору для выработки электричества.
В уже упомянутом котле реактора, имеющем в нашем случае стенки толщиной 16 см, находится сердечник реактора, через который прокачивают воду для испарения. Он состоит из примерно 800 тепловыделяющих элементов. Каждый тепловыделяющий элемент представляет собой вертикальный пакет из 64 топливных стержней, между которыми снизу подается вода. Топливный стержень - металлическая трубка, наполненная брикетами ядерного топлива - преимущественно из обогащенного урана в форме диоксида урана (UO2). При расщеплении ядер урана выделяется энергия, которая в форме тепла передается воде и испаряет её. Одновременно вода выполняет функцию замедлителя, то есть тормозит испускаемые при распаде свободные электроны настолько, что они становятся способными расщеплять следующие ядра.
При распаде каждого уранового ядра испускается от 2 до 3 нейтронов. Если бы все они вызывали следующие распады, то реактор быстро вышел бы из под контроля и стал вырабатывать слишком большое количество энергии... Чтобы это предотвратить каждый реактор, каждый реактор содержит специальное вещество, например, кадмий или бор, которое поглощает (абсорбируте) нейтроны в таком количестве, чтобы обеспечить равномерность выработки энергии.

Как работает высоко-температурный реактор?

Еще один тип реактора - высоко-температурный, где в качестве ядерного топлива, наряду с ураном, применяют торий-232, который, поглощается в расщепляемый уран-233. Топливо готовится в форме мелких частиц с покрвтием, помещенных в сферические графитовые капсулы размером с теннисный мяч. Графит служит здесь замедлителем. Вырабатываемую в котле энергию отводит газ, например гелий, нагреваясь при этом до 900 С. Газ передаёт тепловую энергию воде через теплообменник, вода испаряется, пар вращает турбины. У высокотемпературного реактора много преимуществ: высокий коэффициент полезного действия и высокие эксплутационные температуры позволяют применять его, например, в химической промышленности при газификации угля.

Что такое реактор с водяным охлаждением под давлением?

В описанных выше типах реакторов турбину вращает пар, вырабатываемый непосредственно в котле. Но это не единственный способ. Существуют реакторы с водяным охлаждением под давлением. В них вода, входящая в контак с сердечником реактора, не кипит, так как находится под огромным давлением, что остается жидкой даже при очень высоких температурах. Эта первичная вода через трубки парогенератора передает тепло так называемой торичной воде, не вступая с ней в непосредственный контакт. При этом первичная вода охлаждается с 290 С до 330 С и подается обратно в сердечник реактора. А вторичная - закипает, превращаясь в пар и приводит в движение ткрбину и генератор. Первичная вода в сердечнике нагревается до температуры 330 С, а специальное устройство поддерживает неизменное давление в контуре.
В типичнос реакторе с водяныи охлаждением под давлением мощность 1300 МВт сердечник состоит из 200 тепловыделяющих элементов по 300 топливных стержней в каждом. Управление реактором осуществляется, во-первых, путем введения в первичный контур поглощающего нейтроны материала, содержащего бор, и, во-вторых, за счет использования кадмиевых регулирующих стрежней. Вода первичного контура служит здесь, как и в кипящем реакторе, дополнительным замедлителем нейтронов. Кроме того, она выполняет еще и регулирующую функцию: если реактор слишком разогреется, плотность первичной воды падает, ее способность замедлять нейтроны падает, число распадов снижается и система остывает до нужного уровня.
Оба вышеописанных типа реакторов относятся к классу легководных реакторов, то есть работающих на обычной воде H2O, в отличие от систем, работающих на тяжелой воде D2O.

Что такое БРИДЕР?

Как мы уже видели, быстрые нейтроны поглощаются ядрами U-238 с образованием легкорасщепляющихся ядер плктония, потенциально пригодных для выработки энергии. Это и используется в реакторах-размножителях (бридерах). Здесь в качестве расщепляющегося материала применяется плутоний-239, дающий при каждом распаде по 2-3 нейтрона. Один из них расходуется на поддержание цепной реакции, а остальные поглощаются ураном-238 с образованием плутония-239, то есть нового ядерного топлива. Таким образом, реактор как бы сам "высиживает" для себя новое топливо, причем в идеальном случае - даже большее количество, чем расходует. Этот механизм в незначительном масштабе реализуется и в других типах реакторов. U-238 намного более доступен, чем другие изотопы, и если в ближайшие столетия не удастся найти более безопасные энергоресурсы, бридеры, несмотря на большие технические проблемы при их строительстве, вероятно, станут важным элементом мировой энергетики. С помощью бридерной технологии можно вырабатывать энергию из бесполезного для других реакторов U-238, превращая его в расщепляемый материал, и, таким образом, использовать природный уран в 60 раз эффективнее, чем обычно. Превращение U-238 в плутоний лучше проходит под действием быстрых нейтронов, чем медленных. В бридерах на быстрых нейтронах для расщепления используют именно быстрые нейтроны, поэтому для нормальной работы в топливе должно быть повышенное содержание расщепляющегося материала, поэтому тепловыделяющие элементы в таких реакторах содержат 20-30% плутония и всего 70-80% 11-238. Вследствие этого в бридеры на быстрых нейтронах загружают в 10 раз больше расщепляющегося материала, чем в ранее описанные типы реакторов, что, конечно, влечет за собой всевозможные трудности, опасности и проблемы. После такого предисловия легко дать описание бридера на быстрых нейтронах.

Собственно реактор состоит из тепловыделяющих элементов, которые вырабатывают энергию, и воспроизводящих элементов, в которых формируется новый расщепляемый материал. Из-за повышенного содержания этого материала очень высок и уровень теплоотдачи. Поэтому реактор охлаждают жидким натрием, имеющим очень высокую теплопроводность, но, в отличие от воды, не выполняющим функцию замедлителя нейтронов. Итак, первичный натриевый контур отводит тепло от сердечника и передает его на вторичный натриевый контур, который превращает воду в пар, вращающий турбины для выработки электроэнергии.